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研究生: 朱玉婷
Chu, Yu-Ting
論文名稱: 使用硬體架構模擬管線化處理結果-改善有限張數投影下同步代數重建法之重建速度
Acceleration of CT Reconstruction for the SART algorithm : A Hardware Simulation Study
指導教授: 林士傑
Lin, Shin-Chieh
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: X 射線電腦斷層掃瞄法硬體架構代數重建法管線化
外文關鍵詞: X-Ray Computer Tomography, ART, Pipeline, Hardware
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  • 傳統的二維自動光學檢測(Automatic Optical Inspection),通常僅能檢測物件表面缺陷。而內部瑕疵,需透過X 射線電腦斷層掃瞄法(Computer Tomography)進行三維結構的影像重建,進而判斷缺陷。
    常見的重建方法有兩類, 一類為濾波逆投影法( Filtered
    Back-Projection,FBP),另一類為代數重建法(Algebraic ReconstructionTechnique,ART)。在投影數較少時,利用ART 所得影像要比利用FBP 好的多,但是,因ART 影像重建的速度太慢,在運算速度上無法達到使用者的需求。
    為了要加速運算,本研究將評估採用硬體架構進行管線化
    (Pipeline)處理之可行性。先對ART 演算法,進行軟體C 程式的分析,評估其硬體設計所需的記憶體空間及資料流量,進而以Verilog 硬體設計語言,模擬使用硬體管線化處理後,對演算法加速的效果。
    此硬體架構對一重建區 61 x 61 x 33 Voxels 和感測器大小181 x 181 的灰階影像進行影像重建。在100MHz 的工作時脈下,只需約0.77秒的運算時間。而Matlab 平台上模擬則需要5100 秒[1],才能完成全部的運算。因此本論文所提之架構的模擬速度比Matlab 平台上快了6623 倍。此硬體架構將提供使用者更高的使用彈性。


    摘要 ....................................... I Abstract .................................. II 誌謝 ..................................... III 目錄 ...................................... IV 圖目錄 ................................... VII 表目錄 .................................... IX 第一章 緒論 ................................ 1 1-1 研究背景 ............................. 1 1-2 研究動機與目的........................ 2 1-3 論文架構 ............................. 3 第二章 文獻回顧 ............................ 6 2-1 X 射線的特性 ......................... 6 2-2 利用X 射線進行物件剖面之重建方法 ..... 7 2-3 電腦斷層掃描演算法 ................... 9 2-4 硬體架構 ............................ 15 2-4-1 圖形運算處理器 .................. 15 2-4-2 超大積體電路 .................... 16 2-4-3 硬體架構討論 .................... 16 2-5 硬體管線化原理 ...................... 16 2-6 硬體設計語言Verilog 之模擬流程....... 19 第三章 研究方法與步驟 ..................... 29 3-1 SART 演算法流程(C 程式) ............. 30 3-2 SART 和ELSSART 演算法權重比較分析.... 33 3-3 資料流量評估 ........................ 34 3-3-1 資料流量分析(Data BandWidth) .... 35 3-3-2 週期數量分析 .................... 40 3-3-3 總需求週期數 .................... 44 3-4 硬體架構設計 ........................ 45 3-4-1 實驗模擬與規劃 .................. 46 3-4-2 硬體模擬預測分析 ................ 48 3-5 標準測試影像模型 .................... 49 3-6 影像品質分析指標 .................... 50 第四章 結果分析與討論 ..................... 69 4-1 使用C 程式軟體模擬 .................. 69 4-1-1 C 程式軟體模擬分析 .............. 69 4-2 硬體架構模擬 ........................ 71 4-2-1 硬體架構模擬結果 ................ 71 4-2-2 硬體架構模擬分析 ................ 72 第五章 結論與未來展望 ..................... 90 5-1 結論 ................................ 90 5-2 未來展望 ............................ 91 參考文獻 .................................. 93

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